Żyroskop

Z Wikipedii

Żyrkompas (ze zdjętą obudową zewnętrzną)
Żyrkompas (ze zdjętą obudową zewnętrzną)
skuteczność żyroskopu spada wraz z zmniejszeniem się prędkości obrotowej
skuteczność żyroskopu spada wraz z zmniejszeniem się prędkości obrotowej

Żyroskop – urządzenie, którego nazwę zaproponował francuski fizyk Jean Bernard Léon Foucault, służące do obserwacji obrotu ciała, na którym jest zainstalowane. Nazwa pochodzi od greckich słów "scopeo" - obserwować, oraz "gyros" (czyt. żyro) - obrót, wirowanie. Tak więc Foucault wymyślił przyrząd, który miał mu posłużyć do wykazania, że Ziemia wiruje. Istotnie jego żyroskop to urządzenie składające się ze sztywnego obiektu wirującego wokół własnej osi, którego oś obrotu może swobodnie zmieniać swoją orientację w przestrzeni. Jest to jeden z wariantów żyroskopu, tak zwany żyroskop kierunkowy, bowiem utrzymuje stały kierunek w przestrzeni inercjalnej (dlatego wykazuje ruch obrotowy Ziemi). Żyroskopy tej grupy bez wyjątku budowane są jako wirujące, mechaniczne dyski. Inna grupa żyroskopów to tak zwane żyroskopy prędkościowe, przyrządy które nie utrzymują stałego kierunku lecz wskazują prędkość kątową obiektu, na którym się znajdują. Do tej grupy zaliczamy żyroskopy mechaniczne które mają ograniczoną swobodę obrotu (zwykle w jednej z osi kartezjańskiego układu współrzędnych), żyroskopy optyczne (laserowe i światłowodowe) i wreszcie żyroskopy wykorzystujące efekt Coriolisa oddziaływający na drgający element.


[edytuj] Zastosowanie

[edytuj] Przydatne wzory

Podstawowe równanie opisujące zachowanie żyroskopu:

\mathbf{\tau}={{d \mathbf{L}}\over {dt}}={{d(I\mathbf{\omega})} \over {dt}}=I\mathbf{\alpha}

Zjawisko zmiany położenia osi wirowania żyroskopu pod wpływem działania siły zewnętrznej nazywane jest precesją. Częstość precesji określa wzór:

\boldsymbol\tau=\boldsymbol\Omega_P \times \mathbf{L}

gdzie:

  • \mathbf{\tau} - moment siły,
  • \mathbf{L} - moment pędu żyroskopu,
  • I - moment bezwładności,
  • ω - prędkość kątowa,
  • α - przyspieszenie kątowe,
  • t - czas,
  • \boldsymbol\Omega_P - częstość precesji.

Warunkiem dobrej pracy żyroskopu jest duża prędkość obrotowa i małe tarcie w łożyskach. Ten drugi cel osiąga się łożyskując żyroskop na strumieniu sprężonego powietrza lub – jeszcze lepiej – "zawieszając" go w polu elektrostatycznym w próżni (wtedy żyroskop o prędkości 24 tys. obr./min wskazuje stały kierunek w przestrzeni z błędem nie większym niż 0,0001°/h, czyli 1° na 14 miesięcy).

Obracające się ciało o ograniczonej swobodzie ruchu osi obrotu to bąk, żyroskop jest też nazywany bąkiem swobodnym.

[edytuj] Zobacz też

Commons
Zobacz galerię na Wikimedia Commons:
Żyroskop